高中物理人教版 (新课标)选修31 物体是由大量分子组成的教学设计

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物体是由分子组成的 一、教学目标 1．在物理知识方面的要求： （1）知道一般分子直径和质量的数量级； （2）知道阿伏伽德罗常数的含义，记住这个常数的数值和单位； （3）知道用单分子油膜方法估算分子的直径。 2．培养学生在物理学中的估算能力，会通过阿伏伽德罗常数估算固体和液体分子的质量、分子的体积（或直径）、分子数等微观量。 1,3,5 3．渗透物理学方法的教育。运用理想化方法，建立物质分子是球形体的模型，是为了简化计算，突出主要因素的理想化方法。 二、重点、难点分析 1．重点有两个，其一是使学生理解和学会用单分子油膜法估算分子大小（直径）的方法；其二是运用阿伏伽德罗常数估算微观量（分子的体积、直径、分子数等）的方法。 2．尽管今天科学技术已经达到很高的水平，但是在物理课上还不能给学生展现出分子的真实形状和分子的外观。这给讲授分子的知识带来一定的困难，也更突出了运用估算方法和建立理想模型方法研究固体、液体分子的体积、直径、分子数的重要意义。 三、教具 1．幻灯投影片或课件：水面上单分子油膜的示意图；离子显微镜下看到钨原子分布的图样。 2．演示实验：演示单分子油膜：油酸酒精溶液（1∶200），滴管，直径约20cm圆形水槽，烧杯，画有方格线的透明塑料板。 四、主要教学过程 [导入] 古代人类对物质的组成的思考：①公元前5世纪，古希腊哲学家留基波和他的学生的争论：把一块金子切成两半，接着把其中一块金子再切成两半，这样继续下去，能分割到什么程度。要么这种分割能够永远继续下去；要么有一个限度，不能进一步分割了。也就是说，物质要么是连续的，可以无限分割下去；要么物质是由不可分的粒子构成的。在他们看来，第一种说法是荒谬的，因此，他们的结论是：物质是由小得不被察觉的“a-tomos”粒子（即原子）构成。②我国古代的一种说法：“一尺之椎，日取其半，万世不竭”——古代，人们对物质组成的认识更多的是体现了一种哲学思想。而在今天，我们则更多的建立在严密的实验基础上。 [利用多媒体，逐张播放一片树叶被不断放大的图片]放大6倍时，可以看到清晰的叶脉；放大20000倍时，可以看到它是由细胞所组成的；放大到50000000倍时，就可以看到他的分子结构了 [提议学生想象] 一张光盘、一片陶瓷或一块布片不断放大的情景 [展示图片] 扫瞄隧道显微镜下的硅片表面原子的图像 [总结][板书] 物体是由大量分子所组成的 [新课教学] [过渡]上面分析知道：分子的体积是极其微小的,用肉眼和光学显微镜都不能 看到;放大到几十亿倍的扫描隧道显微镜才能看到。既然分子小得看不见，那怎样能知道分子的大小呢？怎样测量呢？ 1．分子的大小。 （1）单分子油膜法是最粗略地说明分子大小的一种方法。 将一滴体积已知的小油滴, 滴在水面上, 在重力作用下尽可能的散开形成一层极薄的油膜, 此时油膜可看成单分子油膜,油膜的厚度看成是油酸分子的直径, 所以只要再测定出这层油膜的面积, 就可求出油分子直径的大小. [介绍演示]如果油在水面上尽可能地散开，可认为在水面上形成单分子油膜，可以通过幻灯观察到，并且利用已制好的方格透明胶片盖在水面上，用于测定油膜面积。如图1所示。 当然，这个实验要做些简化处理：(1)把分子看成一个个小球; (2)油分子一个紧挨一个整齐排列; (3)认为油膜厚度等于分子直径. [提问]已知一滴油的体积V和水面上油膜面积S，那么这种油分子的直径是多少？ [学生回答]d=V/S [FLASH课件模拟演示] 油膜法测分子直径 [在此基础上，进一步指出] ①介绍数量级这个数学名词，一些数据太大，或很小，为了书写方便，习惯上用科学记数法写成10的乘方数，如3×10-10m。我们把10的乘方数叫做数量级，那么1×10-10m和9×10-10m，数量级都是10-10m。 ②如果分子直径为d，油滴体积是V，油膜面积为S，则d=V/S，根据估算得出分子直径的数量级为10-10m。 （2）利用扫描隧道显微镜测定分子的直径。 （3）物理学中还有其他不同方法来测量分子的大小，用不同方法测量出分子的大小并不完全相同，但是数量级是相同的。测量结果表明，一般分子直径的数量级是10-10m。例如水分子直径是4×10-10m，氢分子直径是2.3×10-10m。 （4）指出认为分子是小球形是一种近似模型，是简化地处理问题，实际分子结构很复杂，但通过估算分子大小的数量级，对分子的大小有了较深入的认识。 2．阿伏伽德罗常数 [向学生提问]在化学课上学过的阿伏伽德罗常数是什么意义？数值是多少？明确1mol物质中含有的微粒数（包括原子数、分子数、离子数……）都相同。此数叫阿伏伽德罗常数，可用符号NA表示此常数，NA=6.02×1023个/mol，粗略计算可用NA=6×1023个/mol。（阿伏伽德罗常数是一个基本常数，科学工作者不断用各种方法测量它，以期得到它精确的数值。） [再问学生]摩尔质量、摩尔体积的意义。 [例题分析] 下列叙述中正确的是： （1）1cm3的氧气中所含有的氧分子数为6.02×1023个 （2）1克氧气中所含有的氧分子数为6×1023个； （3）1升氧气中含氧分子数是6×1023个； （4）1摩氧气中所含有的氧分子数是6×1023 3．微观物理量的估算 若已知阿伏伽德罗常数，可对液体、固体的分子大小进行估算。事先我们假定近似地认为液体和固体的分子是一个挨一个排列的（气体不能这样假设）。 [例题分析] 水的分子量18，水的密度为103kg/m3,阿伏加德罗常数为NA=6.02×1023个/ mol，则： （1）水的摩尔质量M=__________ （2）水的摩尔体积V=__________ （3）一个水分子的质量m0 =_____________ （4）一个水分子的体积V0 =_____________ （5）将水分子看作球体，分子直径d=_______________ （6）10g水中含有的分子数目N=___________________ [归纳总结] 以上计算分子的数量、分子的直径，都需要借助于阿伏伽德罗常数。因此可以说，阿伏伽德罗常数是联系微观世界和宏观世界的桥梁。它把摩尔质量、摩尔体积等这些宏观量与分子质量、分子体积（直径）等这些微观量联系起来。 阿伏伽德罗常数是自然科学的一个重要常数。现在测定它的精确值是NA=6.022045×1023/mol。 （三）课堂练习 1、已知氢气的摩尔质量是2×10-3kg/mol,水的摩尔质量是1.8×10-2kg/mol,计算1个氢分子和水分子的质量。 2、若已知铁的原子量是56,铁的密度是7.8×103kg／m3,试求质量是1g的铁块中铁原子的数目(取1位有效数字)及一个铁原子的体积. （四）课堂小结 1．物体是由体积很小的分子组成的。这一结论有坚实的实验基础。单分子油膜实验等实验是上述结论的有力依据。分子直径大约有10-10米的数量级。 2．阿伏伽德罗常数是物理学中的一个重要常数，它的意义和常数数值应该记住。 3．学会计算微观世界的物理量（如分子数目、分子质量、分子直径等）的一般方法。由于微观量是不能直接测量的，人们可以测定宏观物理量，用阿伏伽德罗常数作为桥梁，间接计算出微观量来。如分子质量m，可通过物质摩尔质量M和阿伏伽德罗常数NA，得到m=M/NA。通过物质摩尔质量M、密度ρ、阿伏伽德罗常数NA，计算出分子直径 （五）说明 由于课堂内时间限制，单分子油膜法测定分子直径的实验不可能在课堂上完成全过程。在课堂上通过课件的演示，让学生看到油膜散开现象和油膜面积的测量方法。 五、教后记 1、本课采用多媒体教学手段，通过丰富的图片的比较和展示，让学生对分子的大小有一个感性的认识；同时用FLASH课件演示油膜法测分子直径的实验操作过程和分析方法，形象生动，有助于学生的理解和掌握； 2、在分析分子直径的过程中还应用比喻的手法加以强调突出； 1,3,5 3、对阿夫加德罗常数的理解，则注重从具体例题入手。先以例题分析NA的含义和用途，再由学生当堂练习，在实践中掌握应用NA分析问题的基本思路。